磁珠的基本工作特性

相信很多人见过下面的这个东东：

还有这么个东东 -

可是不知道里面究竟是什么东东？

好奇的人打开一看，其实就是导线绕了一圈装了个套？那么这个神奇的套又是个什么东东？

我们很多人在设计电路的时候都用下面这种方式进行电源滤波，L1 - 2.2uH的电感和C4、C5、C组成低通滤波，抑制高频噪声，这个很容易理解。

可看到很多电路里出现这么种器件，编号也很诡异 - 一般人只会解读出0603封装这么个信息，并没有标明究竟有多少电感量。

是不是很懵逼？

我第一次看到别人的参考设计的时候也是一头雾水，看了看板子上的器件，长得跟贴片的电阻、电容没有啥区别，但又不好意思咨询别人，觉得这玩意儿应该是很简单的一个东西，怎么自己不懂呢？是不是很多工程师朋友有类似的感觉？

后来才知道它的名字叫Ferrite Bead（简写FB，有时候编号也用FB1、FB2来标记），中文翻译为铁氧体磁珠，顾名思义 - 材料是用铁氧体做的，有磁性的珠子。

材料咱就不用说了，可，为什么叫珠子？哪里像个珠子？

直到看到下面的这个品种我才突然明白，原来是因为它的结构就像我们用线串起来的各种珠子。

其实呢仔细看完各种珠子的结构图，越发觉得各种长相的珠子其实结构都是一样的 - 名副其实。

那问题来了，这种导线穿肠过的珠子和我们熟知的电感（线圈）有什么相同点和不同点呢？

很多让人看得一头雾水的理论模型和分析在这里就不再赘述，周末本是个放松的日子，不让大家烧脑了，只告诉大家一些简单的结论吧：

磁珠子的基本工作特性：

简单地讲 - 磁珠的阻抗Z主要由感抗X和电阻R构成，在低频段感抗X起作用，磁珠表现为感性 - 反射噪声（突然觉得，人的感性也是这么回事，一言不合就怼回去，而不是默默地消化掉）；在高频段电阻R起作用，磁珠表现为电阻性 - 吸收噪声转化为热能（沙特的记者估计就不幸碰上了珠子的高频段），两种特性的转折点为X和R曲线的交点，我们称这个转折点为抗阻特性转折点。在此转折点频率以下，磁珠表现为电感性，反射噪声，在此转折点以上，磁珠表现为电阻性，磁珠吸收噪声转换为热能。

铁氧体磁珠的等效电路和频率响应曲线

可以简单地想象为FB和C构成的电源滤波电路：

• 在低频段等效为LC滤波电路
• 在高频段等效为RC滤波电路

在使用磁珠的时候要根据信号的频率和用途进行合理选型，如果你想用它来 滤除噪声 ，噪声的频率范围要高于转折点的频率才有作用，这样可以使噪声频带的范围都处于磁珠的电阻性起主要作用的频带范围内，从而吸收噪声转化为热能；如果你用磁珠来进行信号的 滤波 ，信号的频带范围要小于转折点的频率，在这个频率范围磁珠处于电感起作用的区间，能够减小信号的衰减。

磁珠的选择除了考虑上述的频率点以外，还要注意磁珠的额定电流和 直流电阻 。直流偏置电流大于额定电流的20％会导致磁珠饱和，电感显著下降，并降低磁珠的有效阻抗进而降低其EMI滤波能力，因此用在电源滤波时，要确保电流不会导致铁氧体材料饱和并产生显著的电感变化。高于额定电流值也可能会损坏器件，这个限制也会受到热量的极大影响，随着温度的升高，额定电流会迅速降低。在大多数情况下，制造商仅在100 MHz时指定磁珠的阻抗，并在零直流偏置电流下公布具有频率响应曲线的数据表。但是，当使用铁氧体磁珠进行电源滤波时，通过铁氧体磁珠的负载电流永远不会为零，当直流偏置电流从零增加时，所有这些参数都会发生显着变化。

（a）电感值随直流偏置电流的变化，（b）和（c）为两种不同的磁珠的阻抗-频率响应曲线

由于铁氧体磁珠是电感性的，如果与高Q的去耦电容一起使用将会导致电路中产生不必要的谐振，从而放大系统中的纹波和噪声。一个最简单的避免谐振的方法 - 在FB上串联一个很小的阻尼电阻（如下图）。

正是由于铁氧体磁珠的X+R的属性，它被广泛用于各种电源抑制噪声、产品降低EMI的应用中。

铁氧体磁珠在降低高速信号EMI和电源抑制噪声中的使用

模数混合的电路中通过磁珠获取干净的供电电压

最后我们再来说说磁珠和电感在使用上的共性与不同，先看共性：

• 都有频率特性曲线 - 磁珠是频率与阻抗的特性曲线；电感是频率与电感值的特性曲线以及频率与Q值的特性曲线；
• 这两个器件都是用来通直流的，也都有 直流电阻 ，在使用中希望它们的直流电阻要尽可能小以降低在器件上的直流压降；
• 额定电流 - 它们工作的时候都有电流上限的，超过额定电流会影响其工作性能，并有可能对器件造成损害。

不同点：

• 对噪声的处理方式不同 - 电感和电容构成LC低通滤波电路，电容负责旁路高频噪声，电感只是负责“反射”高频噪声， 没有消除噪声的作用；磁珠和电容构成的电源滤波电路在低频的时候磁珠反射噪声，跟电感一样的功能，在高频的时候则表现为电阻特性，吸收高频噪声转换为热量，从根本上消除噪声；
• 自身导致的危害不同 - LC构成滤波电路时，二者都是储能元件，很容易产生自激振荡，给电路带来影响；磁珠是耗能器件，在高频应用中不太会自激，不会给电路带来噪声的影响，但在低频段有可能导致谐振；
• 滤波的频率范围不同 - 电感在不超过50MHz的低频段时有较好的滤波性能，频率再高滤波效果不好；而磁珠利用其高频时表现出来的电阻特性吸收高频噪声，滤波的频率范围要远大于电感；
• 直流压降不同 - 它们都有直流阻抗，但同等级别（封装）的滤波器件，磁珠的直流电阻要小于电感，磁珠造成的压降也小于同等级别的电感造成的压降。